[发明专利]一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜电极及其快速制备方法

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜电极及其快速制备方法，将高理论容量材料与氧化石墨烯分散液均匀混合，对混合液进行冷冻干燥获得氧化石墨烯基复合材料，然后用热的硫化铵溶液在室温环境下对氧化石墨烯基复合材料进行快速交联还原处理，再次冷冻干燥后得到交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜复合电极；这种复合结构充分发挥了不同组分之间高比容量特点和还原氧化石墨烯优异的机械性能以及高导电性的特点，制备的复合材料可有效缓冲循环过程中的体积膨胀效应，具有明显的优势。

技术领域：

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜电极及其快速制备方法。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的一些理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，碳基复合材料由于较大的比表面积、良好的缓冲特性等优点在储能器件电极材料中得到了广泛的研究与应用。其中，石墨烯作为一种优良的自缓冲骨架材料，其构建的三维自缓冲网络可以使材料具有更多的活性位点、高导电性和高机械强度，石墨烯基杂化结构在锂离子电池中往往表现出容量增加、速率提高、稳定性改善等特点。通过对氧化石墨烯还原处理可使其具有更优良的韧性，机械强度增强。

然而，这种构建策略仍处于起步阶段，仍存在一些挑战，限制了石墨烯基纳米复合材料的实际应用。碳材料的引入在增大比表面积的同时，必定会增加电解液与活性物质之间的副反应，降低首圈库伦效率以及实际比容量。而且大多数的复合仅限于将纳米材料附着在碳基材料的表面，不能有效的缓解充放电过程中的体积膨胀效应。

另外，以往制备rGO基复合材料的方法比如水热法通常需要通过复杂的高温加热(一般需要120-180摄氏度，1-12h)等工艺来制备，因此需要较多的时间和能源消耗。抽滤法获得的石墨烯基复合膜材料通常耗时长，且石墨烯片层堆叠严重，导致具有较差的三维网络结构，通常垂直于膜方向的离子扩散性很差，导致在电池测试中的倍率性能大打折扣。此外，传统的浆料涂覆法在制备电极时需要加入导电剂和粘结剂，无疑中降低了电池的能量密度，因此需要一种新的电极形式来解决上述问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是碳基复合材料中，对氧化石墨烯还原处理可使其具有更优良的韧性，机械强度增强；但这种构建策略仍处于起步阶段，仍存在一些挑战，限制了石墨烯基纳米复合材料的实际应用。

为解决上述问题，本发明通过一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜复合电极及其快速制备方法，利用自支撑的柔性电极很好地解决了上述问题。这种复合结构充分发挥了不同组分之间高比容量特点和还原氧化石墨烯优异的机械性能以及高导电性的特点，制备的复合材料可有效缓冲循环过程中的体积膨胀效应，具有明显的优势。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现，将高理论容量材料与氧化石墨烯分散液均匀混合形成均一混合液；对混合液进行冷冻干燥获得氧化石墨烯基复合材料；所述高理论容量材料的理论容量大于400mAh g^-1；用热的硫化铵溶液在室温环境下对氧化石墨烯基复合材料进行快速交联还原处理，再次冷冻干燥后得到交联的还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜复合电极；

优选的，所述高理论容量材料为零维氧化铁纳米立方体、一维Bi₂S₃纳米棒、二维SnS₂纳米片中的一种或二种以上。

优选的，所述高理论容量材料为Fe₂O₃纳米立方体。

优选的，所述高理论容量材料为Fe₂O₃，其制备方法包括以下步骤：